Tiểu luận môn Công nghệ xử lý nước cấp Vi sinh vật trong hệ thống xử lí và hệ thống phân phối nước cấp

Tính cấp thiết của đề tài  Nước cấp an toàn là nhu cầu cần thiết cho mọi sinh vật  Tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm ngày càng nghiêm trọng  Một trong những tác nhân ô nhi

Chuyên đề: “Vi sinh vật trong hệ thống xử lí và hệ thống phân phối nước”

1



Công nghệ xử lí nước cấp

VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÍ

VÀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC CẤP

Thứ 2- Tiết 789 RĐ102 GVHD: ThS Lê Thị Lan Thảo

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

MUC LUC

1

A ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Tính cấp thiết của đề tài

 Nước cấp an toàn là nhu cầu cần thiết cho mọi sinh vật

 Tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm ngày càng nghiêm trọng

 Một trong những tác nhân ô nhiễm là vi sinh vật hiện diện trong hệ thống xử lý nước cấp và trong hệ thống phân phối nước

2 Mục đích đề tài

Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến gây ô nhiễm vi sinh vật trong hệ thống cung cấp nước

3 Nội dung đề tài

 Nguồn gốc vi sinh vật trong nước

 Ảnh hưởng của vi sinh vật trong hệ thống xử lí nước cấp

 Một số loại vi sinh vật trong nước cấp

 Ảnh hưởng của vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước cấp

 Tác động vi sinh vật

 Các vấn đề gây nên bởi vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước và cách khắc phục

 Các giải pháp xử lý vi sinh vật trong nước cấp

4 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp tổng hợp biên dịch tài liệu: là việc tổng hợp các tài liệu đã thu thập liên quan đến đề tài đang nghiên cứu

B NỘI DUNG

1 NGUỒN GỐC VI SINH VẬT TRONG NƯỚC

1.1 Giới thiệu về vi sinh vật trong nước

 Vi sinh vật là những cấu rúc nhỏ nhất của cơ thể sống, nhưng nó lại phân bố rộng nhất và tham gia vào mọi quá trình sống mà bằng mắt thường chúng ta không thể thấy được vi sinh vật vô cùng phong phú và đa dạng về cả chủng loại và hình thù

 Với một mức độ,và thành phần các vi sinh vật thích hợp thì chúng rất quan trọng trong nước như phân hủy chất hữu cơ,tạo nguồn ôxi, cố định ni tơ còn không no gây

ra cũng không ít tác hại như ô nhiễm,phá hoại

 Các thủy vực nước ngọt như ao, hồ, hồ chứa (resevoir), kênh rạch,…là nguồn cấp nước và thủy sản quan trọng đối với đời sống con người và động vật nuôi Hiện nay

do sự phát triển kinh tế ồ ạt đã tạo ra sự ô nhiễm báo động đối với môi trường nói chung và các loại hình ao, hồ nói riêng Người ta từng cảnh báo nhiều lần về sự đổi mầu và mùi của nước, tiếp theo là các biểu hiện khác như động vật thủy sinh chết hàng loạt,… Đó là những biểu hiện điển hình của một thủy vực đã bị ô nhiễm

 Ví dụ: Sự phát triển qúa độ của một số loài tảo và vi khuẩn lam (Cyanobacteria) ưa kiềm và hàm lượng dinh dưỡng cao trong môi trường sống Chúng ta có thể quan sát thấy rõ hiện tượng này qua sự phát triển quá độ của Microcystis và một số vi khuẩn lam khác trong hồ Hoàn Kiếm và nhiều hồ khác ở Hà Nội

3

 Hơn nữa, nhiều loài vi khuẩn khác còn chứa độc tố gây hại cho sinh vật khác và con người

1.2 Nguồn gốc của vi sinh vật trong nước

 Có thể từ đất do bụi bay lên, nguồn nước này chủ yếu bị nhiễm vi sinh vật trên bề mặt

 Có thể do nước mưa sau khi chảy qua những vùng đất khác nhau cuốn theo nhiều vi sinh vật nơi nước chảy qua

 Do nước ngầm hoặc nguồn nước khác qua những nơi nhiễm bẩn nghiêm trọng

 Số lượng và thành phần vi sinh vật thấy trong nước mang đặc trưng vùng đất bị nhiễm

mà nước chảy qua

Phân Theo Môi Trường Sống:

 Ở môi trường nước ngọt, đặc biệt là những nơi luôn có sự nhiễm khuẩn từ đất, hầu hết các nhóm vi sinh vật có trong đất đều có mặt trong nước, tuy nhiên với tỷ lệ khác biệt Nước ngầm và nước suối thường nghèo vi sinh vật nhất do ở những nơi này nghèo chất dinh dưỡng Trong các suối có hàm lượng sắt cao thường chứa các vi khuẩn sắt như

Hình 1: Vi khuẩn lam Cyanobacteria

(Nguồn: Báo Thiếu niên Tiền phong)

Leptothrix ochracea Ở các suối chứa lưu huỳnh thường có mặt nhóm vi khuẩn lưu huỳnh màu lục hoặc màu tía Những nhóm này đều thuộc loại tự dưỡng hoá năng và quang năng Ở những suối nước nóng thường chỉ tồn tại các nhóm vi khuẩn ưa nhiệt như Leptothrix thermalis

 Ở ao, hồ và sông do hàm lượng chất dinh dưỡng cao hơn nước ngầm và suối nên số lượng và thành phần vi sinh vật phong phú hơn nhiều Ngoài những vi sinh vật tự dưỡng còn có rất nhiều các nhóm vi sinh vật dị dưỡng có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ Hầu hết các nhóm vi sinh vật trong đất đều có mặt ở đây Ở những nơi bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt còn có mặt các vi khuẩn đường ruột và các vi sinh vật gây bệnh khác Tuy những vi khuẩn này chỉ sống trong nước một thời gian nhất định nhưng nguồn nước thải lại được đổ vào thường xuyên nên lúc nào chúng cũng có mặt Đây chính là nguồn ô nhiễm vi sinh nguy hiểm đối với sức khoẻ con người

 Ở những thuỷ vực có nguồn nước thải công nghiệp đổ vào thì thành phần vi sinh vật cũng bị ảnh hưởng theo các hướng khác nhau tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải

Hình 2: Môi trường tồn tại vi khuẩn sắt

Leptothrix ochracea(Nguồn: Unmanipulated photograph)

vi sinh vật cũng khác nhau Ở tầng mặt nhiều ánh sáng hơn thường có những nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang năng Dưới đáy hồ giàu chất hữu cơ thường có các nhóm vi khuẩn dị dưỡng phân giải chất hữu cơ Ở những tầng đáy có sự phân huỷ chất hữu cơ mạnh tiêu thụ nhiều ôxy tạo ra những vùng không có ôxy hoà tan thì chỉ có mặt nhóm kỵ khí bắt buộc không có khả năng tồn tại khi có oxy

Hình 4: Tảo Lam Nguồn: Wikipedia

Hình 3: Cryptosporidium

Nguồn: Wikipedia

Ở môi trường nước mặn bao gồm hồ nước mặn và biển, sự phân bố của vi sinh vật khác hẳn so với môi trường nước ngọt do nồng độ muối ở những nơi này cao Tuỳ thuộc vào thành phần và nồng độ muối, thành phần và số lượng vi sinh vật cũng khác nhau rất nhiều Tuy nhiên tất cả đều thuộc nhóm ưa mặn ít có mặt ở môi trường nước ngọt Có những nhóm phát triển được ở những môi trường có nồng độ muối cao gọi là nhóm ưa mặn cực đoan Nhóm này có mặt ở cả các ruộng muối và các thực phẩm ướp muối Đại diện của nhóm này là Halobacterium có thể sống được ở dung dịnh muối bão hoà Có những nhóm ưa mặn vừa phải sống ở nồng độ muối từ 5 đến 20%, nhóm ưa mặn yếu sống được ở nồng độ dưới 5% Ngoài ra có những nhóm chịu mặn sống được ở môi trường có nồng độ muối thấp, đồng thời cũng có thể sống ở môi trường nước ngọt Các vi sinh vật sống trong môi trường nước mặn nói chung có khả năng sử dụng chất dinh dưỡng có nồng

độ rất thấp Chúng phát triển chậm hơn nhiều so với vi sinh vật đất Chúng thường bám vào các hạt phù sa để sống Vi sinh vật ở biển thường thuộc nhóm ưa lạnh, có thể sống được ở nhiệt độ từ 0 đến 40C Chúng thường có khả năng chịu được áp lực lớn nhất là ở những vùng biển sâu

Hình 5:Vi khuẩn E.coli

Nguồn: Wikipedia

Hình 6:Giáp xác Copepods

Nguồn: Wikipedia

7

 Nói chung các nhóm vi sinh vật sống ở các nguồn nước khác nhau rất đa dạng về hình thái cũng như hoạt tính sinh học Chúng tham gia vào việc chuyển hoá vật chất cũng như các vi sinh vật sống trong môi trường đất Ở trong môi trường nước cũng có mặt đầy đủ các nhóm tham gia vào các chu trình chuyển hoá các hợp chất cacbon, nitơ và các chất khoáng khác Mối quan hệ giữa các nhóm với nhau cũng rất phức tạp, cũng có các quan hệ ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh, kháng sinh như trong môi trường đất Có quan điểm cho rằng vi sinh vật sống trong môi trường nước và đất đều có chung một nguồn gốc ban đầu Do quá trình sống trong những môi trường khác nhau mà chúng có những biến đổi thích nghi Chỉ cần một tác nhân đột biến cũng có thể biến từ dạng này sang dạng khác do cơ thể và bộ máy di truyền của vi sinh vật rất đơn giản so với những sinh vật bậc cao

Ngày nay các nguồn nước, ngay cả nước ngầm và nước biển ở những mức độ khác nhau đã bị ô nhiễm do các nguồn chất thải khác nhau Do đó khu hệ vi sinh vật bị ảnh hưởng rất nhiều và do đó khả năng tự làm sạch các nguồn nước do hoạt động phân giải của vi sinh vật cũng bị ảnh hưởng

Hình 7: Vi sinh vật Lingulodinium polyedrum làm cho vùng

biển rực sáng (Nguồn: Will Ho)

II ẢNH HƯỞNG CỦA VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC CẤP

Giai đoạn Tính chất Vi sinh vật hiện diện

Nước thô Nước được ổn định Thành phần và số lượng VSV thay đổi

phụ thuộc vào nhiều yếu tố (nhiệt độ, ánh sáng Lắng )

Tiền Chlor Cải thiện hiệu quả của quá

trình keo tụ , lọc Có thể tăng Trihalomethane

Giảm số lượng VSV do tác dụng của chất ô xy hóa

Keo tụ-

Đông tụ

Giảm chất rắn lơ lửng và một phần rắn hòa tan

Giảm đến 90% Vi khuẩn Giảm 31- 90% vi rút Một số VK gây bệnh di chuyển vào bùn cần quan tâm xử lý

Làm mềm Loại ion Ca và Mg pH thay đổi sẽ làm bật hoạt một số loại

9

1 Sinh vật ngoại lai

Những sinh vật ngoại lai bao gồm: vi khuẩn dạng chỉ, nấm, tảo, các động vật phù du Trong số vi khuẩn dạng chỉ, đặc biệt chú ý là Sphaerotilus natans Trong số các loại nấm nguy hiểm nhất là Leptomitus lacteus

- Leptomitus lacteus sống quanh năm ở sông hồ nhưng phát triển mạnh nhất về mùa đông Điều kiện thường xuyên phải có để Leptomitus lacteus phát triển là sự có mặt của các chất hữu cơ Sự phát triển của Leptomitus lacteus phát triển thành từng khối nhầy cùng với Sph Natans trong 1,5 – 2 giờ có thể hoàn toàn vít lưới, làm lưới chắn của công trình thu

bị hỏng Ở các bể lọc chúng cùng với các sợi nấm nhầy tạo một mảng chắc ngăn nước – không cho nước đi qua bể lọc

Hình 8: Nấm mốc Leptomitus dướikính hiển vi

(Nguồn :Mientayvn.com)

- Tảo cũng gây nhiều hiện tượng bất lợi trong các công trình cấp nước gồm khuê tảo, lục tảo, tảo xanh lam

Khuê tảo có khung silic cứng Chúng tạo nên các màng chắc trên mặt vật liệu lọc, không cho nước qua bể lọc, làm giảm năng suất bể

Khuê tảo Melosira islandica thường phát triển về hai mùa xuân và thu, có khi tới 600 –

700 và thậm chí tới 1000 – 2000 tế bào/ml nước Mùa hè: Không đáng kể chỉ không quá

20 Ngoài ra còn có các loại khuê tảo khác như Melisira italicxa, Atcrionella formosa, synedra v.v…

Sự phát triển mạnh mẽ của khuê tảo còn do có nhiếu sắt trong nước Khả năng ôxy hóa của sắt sẽ cao khi pH và nhiệt độ nước thấp

2 Sinh vật nguyên địa

 Sinh vật nguyên địa lọt vào hệ thống cấp nước ngay từ các nguồn nước, qua các công trình thu nước Chúng có thể tồn tại, sinh sản bình thường trong ống dẫn Nhiều loại phát triển mạnh trong ống – kênh dẫn nước, thậm chí phát triển mạnh hơn so với trong nguồn nước vì không có đối thủ tự nhiên Những sinh vật nguyên địa bao gồm: vi khuẩn, nấm, nhuyễn thể, đài tiểu động vật, … các động vật hạ đẳng và động vật bậc thấp Tảo không thuộc sinh vật nguyên địa vì ở đó không có ánh sáng nên chúng không sống - hoạt động được

 Nhiều loại sinh vật nguyên địa có thể bám chắc vào thành tường, thành ống và không bị dòng chảy lôi đi Sự phát triển sinh vật trong ống thường bền chắc và ở những chỗ khó nhìn thấy Vì vậy việc chống các hiện tượng này thường khó hơn so

IV ẢNH HƯỞNG CỦA VI SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC CẤP

 Màng vi sinh vật phát triển gây trở lực dòng chảy

 Tăng hoạt động kị khí sinh H2S gây mùi khó chịu

 Hoạt động của vi khuẩn oxy hóa gây màu cho nước

 Tổn thất lượng Chlor do tăng nồng độ chất khử trùng

Tăng trưởng của vi sinh vật trong hệ thống phân phối nước cấp:

 Vi sinh vật sẽ phát triển kể từ lúc vừa ra khỏi hệ thống xử lý nước cấp kể cả khi quá trình khử trùng đạt hiệu quả

 Vi khuẩn oxy hóa sắt và Mangan sẽ phát triển gây màu cho nước và tăng trở lực đường ống

 Coliform có thể tăng trưởng ở điều kiện ít chất dinh dưỡng

 Legionella phát triển ở nhiệt độ từ 32- 50oC

 Vi sinh vật gây bệnh cũng phát hiện trong đường ống phân phối

 Nhiều loại Protozoa phát triển là nơi trú ngụ của vi sinh vật gây bệnh gây khó khăn trong kiểm soát vi sinh vật gây bệnh

 Chỉ tiêu HPC (Heterotrophic Plate Count) trong mạng lưới cấp nước nhỏ hơn 500 CFU/ml

V TÁC ĐỘNG

 Sinh vật có mặt trong môi trường nước ở nhiều dạng khác nhau Bên cạnh các sinh vật có ích có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và sinh vật Trong số này, đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn và ký sinh trùng gây bệnh như các loại ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật bản, giun đỏ, trứng giun v.v

 Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân rác, nước thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước thải các bệnh viện v.v Để đánh giá chất lượng nước dưới góc độ ô nhiễm tác nhân sinh học, người ta thường dùng chỉ số coliform Đây là chỉ số phản ánh số lượng trong nước vi khuẩn coliform, thường không gây bệnh cho người và sinh vật, nhưng biểu hiện sự ô nhiễm nước bởi các tác nhân sinh học Để xác định chỉ số coliform người ta nuôi cấy mẫu trong các dung dịch đặc biệt

và đếm số lượng chúng sau một thời gian nhất định Ô nhiễm nước được xác định theo các giá trị tiêu chuẩn môi trường

 Hiện tượng trên thường gặp ở các nước đang phát triển và chậm phát triển trên thế giới Theo báo cáo của Ngân hàng thế giới năm 1992, nước bị ô nhiễm gây ra bệnh tiêu chảy làm chết 3 triệu người và 900 triệu người mắc bệnh mỗi năm Đã có năm số người bị mắc bệnh trên thế giới rất lớn như bệnh giun đũa 900 triệu người, bệnh sán máng 600 triệu người Để hạn chế tác động tiêu cực của ô nhiễm vi sinh vật nguồn nước mặt, cần nghiên cứu các biện pháp xử lý nước thải, cải thiện tình trạng vệ sinh môi trường sống của dân cư, tổ chức tốt hoạt động y tế và dịch vụ cộng

 Một khám phá gây ngạc nhiên do các nhà khoa học thuộc viện Carngie phát hiện

đã mang lại bước tiến mới cho nghiên cứu về quá trình quang hợp vốn được cho là một quá trình sinh học quan trọng nhất trên Trái đất

 Hai nghiên cứu do Arthur Grossman cùng đồng nghiệp thực hiện đã cho thấy một số loại vi sinh vật sống dưới biển đã tiến hóa một phương thức quang hợp không tuân theo quy luật kể trên Chúng tạo ra được một phần năng lượng đáng kể mà không cần hấp thụ khí cacbonic hay giải phóng khí oxi Khám phá của Arthur Grossman không chỉ gây chấn động đến những hiểu biết cơ bản của các nhà khoa học về quá trình

+ Con người: Phenol(do các hoạt động công nghiệp), hydrocarbon và halogen

+ Tự nhiên: Geosmin và 2-methyl iso borneol có mùi “ẩm đất” do xạ khuẩn, Vi khuẩn lam sinh ra trong quá trình trao đổi chất

– Cách khắc phục:

Hình 9: Vi khuẩn gây mùi trong nước (Nguồn:nieubao.vn)

+ Hấp phụ (than hoạt tính)

+ Phương pháp sục khí

+ Phân hủy sinh học bằng màng sinh học

+ Quá trình oxy hóa là một phương pháp thường được sử dụng để loại bỏ mùi vị, mùi,(chlor, thuốc tím,…)

 Trong hệ thống phân phối, xả định kỳ và duy trì một Clo dư đầy đủ sẽ giữ cho ống

+ Gây mùi không mong muốn

+ Tăng trihalomethan sau quá trình khử trùng

+ Nước có độ màu cao

Nấm có thể tồn tại trong hệ thống đến 100 CFU/ml

+ Gây dị ứng

+ Tăng lượng chất sát khuẩn

15

- Cách khắc phục:

+ Tối ưu hóa đông /keo tụ, lắng đọng trầm tích, và các quá trình lọc Đây là phương pháp điều trị đơn giản và tiết kiệm nhất cho việc khử hương vị và mùi liên quan đén tảo nổi

+ Với các quy trình xử lý như sục khí ozôn, clo hóa sơ bộ, keo tụ, lắng lọc có thể làm giảm độ màu của nước Cần lưu ý, khi nguồn nước có màu do hợp chất hữu cơ, việc sử dụng hóa chất clo có thể tạo ra chất mới là trihalomethane có khả năng gây ung thư

3 Protozoa, xạ khuẩn

- Nguyên nhân:

Protozoa có trong hệ thống và trong màng vi sinh vật ở bể chứa

+ Các loại có khả năng gây bệnh như Giardia lamblia, Cryptosporidium, Entamoeba histolytica